某大橋連續鋼桁梁的施工控制研究

摘要 文章以某大橋連續鋼桁梁橋為例，首先從放樣及其誤差控制、桿件裝配、桿件矯正及消除殘余應力等方面，重點闡述了鋼桁梁制造安裝施工工藝，并對線形控制技術進行了簡要分析，最后對合龍控制技術進行了概述。結果表明，從制造、安裝、運輸、施工等方面全過程實施施工質量控制，有利于保證預期線形、結構整體受力質量和施工安全。

關鍵詞 連續鋼桁梁；特大橋；施工控制，技術研究

中圖分類號 U448.27 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）08-0083-03

0 引言

相比其他橋型，連續鋼桁梁橋有跨度大、精度高、外形美觀、施工速度快、結構技術成熟等優勢，而且隨著交通運輸需求的發展，這種橋型在工程中的應用也越來越廣泛。然而隨著橋梁設計和施工方法的不斷創新和發展，結構設計逐步多樣化，橋梁規模也逐步擴大，影響橋梁建設質量和安全的風險因素仍不可避免地存在。如果連續鋼桁梁施工精度不達標，可能導致出現腰板彎曲、結構錯位、連接不緊密、結構不牢固等質量問題。一旦發生問題，特大橋連續鋼桁梁的合龍作業將面臨考驗，誤差超標不但影響工程設計線型，梁構的應力狀態也將深受影響而危害整個橋梁的技術狀態。為保證鋼桁梁的裝配精度，盡量避免誤差累積，確保梁構形變和內部應力滿足設計要求，該研究對案例特大橋的鋼桁梁施工控制技術開展了梳理研究。

1 工程概況

某大橋為兩用雙層鋼桁梁橋，其連續鋼桁梁為8孔，簡支鋼桁梁為7孔。連續鋼桁橋長度是1 232 m，跨度為（112+168×6+112）m。主橋基礎承臺直徑2.0 m，長度85～105 m。主梁為三片桁架結構，桁架寬度為2×13.4 m，節距為12.0 m。主梁標準斷面位置的中桁中心桁架高度為15.27 m，邊中心桁架高度為15.0 m。

2 鋼桁梁裝配技術

2.1 放樣及其誤差控制

根據鋼桁梁設計圖紙，利用三維放樣技術，對鋼桁梁各構件進行精確放樣，繪制各構件詳圖，以作為下料與參數控制的依據。按照工程圖紙與批準工藝要求開展構件制作。對于那些形態復雜的構件，必須嚴格閱讀理解設計圖紙，確保設計狀態和規格得到正確落實，放樣不合格必須修正或者更換。由于是鋼桁架梁，構件之間采用節點板和高強度螺栓連接，要求其結構尺寸必須精準，允許放樣誤差參考表1所示[1]。放樣時，應按工藝要求保持焊接的收縮補償量和切割、銑削的線性調節。下料前檢查鋼材的級別、尺寸和材質等有關信息，并且檢查鋼材的表面質量。因為不均勻的鐵銹、油漆等污垢會影響標志質量，如果發現應在使用前開展校正和清洗。下料允許誤差±1.0 mm。在角撐板弧形部分切除后，應對局域病害進行修補，對切邊兩側用角磨機倒角。下料后的側彎用火焰矯正，局域粗糙用壓力機或平板機矯正。所有部件的外露邊緣均采用R1～R2圓角設計，以保證邊緣光滑。

2.2 桿件裝配

橋梁的每一個構件都采用夾具框架裝配，不同的構件采取不同的定位基準和裝配方法。接頭接觸面與焊接縫兩側的30 mm范圍內，鐵銹、毛刺和污垢應清理去除，露出鋼材的金屬光澤。鋼筋裝配時，應錯開相鄰焊接縫，最小錯開距離須達到設計圖紙的要求。

對于氣體保護焊、低氫焊和埋弧焊條的手工焊接接頭，裝配前要徹底去除焊接區域的水漬、氧化皮和鐵銹，并且必須預處理底漆及其他有害物質，使金屬呈現光澤。

內部接頭寬度的精確度是由內部隔板的精度控制。構件的外部規格由兩端的臨時隔板控制。工型鋼的規格控制，通過匹配腹板和蓋板的厚度來解決。

2.3 桿件矯正及消除殘余應力

鋼材焊接后的形變可通過冷矯直和熱矯直來調整。

2.3.1 冷矯直

用矯直機矯正工字鋼板的角部變形；鋼板用60 mm平板機找平；彎曲形變采用100～315 t的液壓機校正。室溫不少于5 ℃開展冷矯直；細鋼筋要慢慢調直；蓋覆腹板時，要注意施力，避免鋼板失穩。冷矯直的總形變率低于2%。

2.3.2 熱校直

（1）加熱時，熱矯直的加熱范圍為600～800 ℃。嚴禁過度燃燒，且不允許同一部位重復加熱[2]。

（2）構件的彎曲形變。熱矯直垂直彎曲校直，在鋼板凸面選幾個點進行三角加熱校直。側彎熱矯直，將鋼筋水平置放在凸面上，沿蓋板寬度方向，支起鋼筋兩端加熱鋼筋。

（3）整體接頭與箱形結構部件。應用有效的方法，減少裝配及焊接過程中的形變。整體節點和箱形結構部件的形變，采用傾斜鋼帶進行加熱。焊接以后會存在剪切波形變和拱起形變，焊接過程會受到反向形變影響。

（4）校正橫向波浪變形。加熱鋼甲板肋另一側的鋼帶；校正拱形變形：在鋼橋面肋板上實施多點三角加熱。

2.3.3 消除焊接殘余應力

在焊接過程中，由于加熱引起鋼結構部件的形變受到抑制，進而在鋼結構部件中產生內應力。在實際作業中，控制方法包括：

（1）合理安排焊接順序，盡量考慮焊接縫能夠自由收縮。

（2）降低焊接縫的約束。

（3）預熱法，減少焊接結構與周圍環境的溫度差，促進均勻冷卻。

（4）加熱“應力降低區”法，使阻礙自由膨脹和收縮的部分溫度升高，令其與焊接區同時膨脹與收縮。

（5）其他如錘擊、噴砂、振動、加載和退火方法，消除焊接縫殘余應力。條件允許情況下，在實際施工過程中，殘余應力也可以使用超聲波振動器進行消除。

2.4 臨時結構處理

鋼桁梁施工的臨時結構可以分為臨時墩、墩旁支架和裝配平臺三種類型。墩旁支架由頂升裝備、墩頂分配梁、預應力張拉系統及混凝土鋼管柱基礎四部分組成。墩旁支架的主要作用是裝配初始節間鋼桁梁。臨時墩由頂升裝備、墩頂分配梁及鋼管柱基礎三部分組成。裝配平臺由頂升裝備、墩頂分配梁和鋼管柱基礎三部分組成。管柱數量依據受力情況進行設計。管柱間配置連接系統，增加裝配平臺的剛度。臨時墩操作中，裝配平臺的主要作用是拼裝下部變高度段梁邊跨第1孔的鋼桁梁。

2.5 鋼梁的吊裝與運輸

根據現場鋼梁構件的長度，確定吊裝所用鋼絲纜的配置。由于各構件斷面重心位置不同，因此鋼絲纜設計長度也不同。主桁架構件吊裝采用8.0 m、10.0 m、12.0 m鋼絲纜。設置后，斷面重心位置盡可能地接近現場實際吊裝重心，以保證鋼梁的安裝姿態。在預拼裝場預拼裝完成的鋼梁構件，由平板車運至墩位進行裝配。橋面板預拼裝完成以后，由專用運梁車運至墩位進行裝配。

3 鋼桁梁線形控制技術

3.1 起頂控制

施工中，鋼桁梁懸臂端應頂升至控制高度再開展合龍。頂升前應計算臨時墩的受力情況，合理配置千斤頂，安全系數至少留1.50倍左右，邊桁架、中桁架、邊桁架按3∶4∶3的受力狀態分布。

懸臂端上墩之前，不可在橋墩上裝配支撐座，當加力弦裝配到位以后，在底部抄墊，然后安裝上部結構。墩頂加力弦節點屬于分叉結構，裝配時須下探之后再上提，不然構件無法正確對接。在節間上部施工就位，鎖緊高螺栓以后，才可起頂安裝支撐座。臨時墩起頂時，千斤頂須同步進行。專人指揮，每個起頂點由技術人員監測起頂高度，統一信號。油泵操作人員需要用對講機報告起頂過程中油表的讀數，一定要保證起頂同步。起頂過程中，如發現閥門或油管漏油，應馬上停止作業，查明原因。

3.2 位移控制

采用懸臂施工法，在架梁起點，橋面板需要起落梁，墩頂支撐座不與鋼梁連接，因此，采取臨時縱向限位擋塊和橫向限位擋塊，借以約束鋼梁的平移。

3.3 梁線形控制

出廠前須進行鋼桁梁的試裝配，并做好試裝配記錄。由主弦控制進程，主弦尺寸滿足要求，鋼梁進程則可以控制。在裝配過程中，若裝配順序不合理，容易導致軸線和高度誤差。裝配前一定要對施工人員開展相應培訓，每一步驟都需根據橋梁的特點進行詳細描述。每裝配一個大組件，都要計算鋼梁各節點和測量中心線的撓度值。

鋼桁梁架設前對構件開展測量，適時調節誤差。發現影響裝配的情況一定要適時報告。在架設過程中，不可避免地會存在著標高誤差、縱向相對進程誤差、橫向誤差等多種因素，鋼梁線形受日照、焊接形變、沖釘數量等因素影響，很可能發生變化。其中鋼桁梁受溫度影響較大，需要計算溫度影響下的梁構伸縮量。為減少溫度影響，需合理選擇作業時段安排。加力弦節間每隔7～9 d可架設1個節間，墩頂節間則需要9 d，跨中加力弦需要7～8 d。通常應在該節間主桁架架設和橋面焊接完工時進行測量，每隔4～5 d架設平直段1個節間?？梢栽跍y量時間點附近調節局部小杠或高螺栓的施工，測量時間盡可能在相對低溫的狀態下進行。架設鋼梁過程中，注意應力和形變檢測，包括鋼梁結構部件的應力、吊裝中梁結構應力、懸臂孔方向、橫向振幅、頻率、鋼梁的拱度和懸臂端的撓度值等。

對于架設非墩頂節間，調節橫向偏移的方法主要有管柱頂撐、倒鏈對拉、高螺栓鎖定等。當中桁架構件產生橫向偏移時，如果低于15 mm，用高螺栓反方向擰緊；如果大于15 mm，采取倒鏈對拉進行調節。當邊桁架構件向中間桁架方向偏移時，先用高螺栓鎖定中間桁架，再用管柱頂撐撐開邊桁架構件。當邊桁架構件向外側偏移時，如果低于15 mm，用高螺栓反方向擰緊；如果大于15 mm，用倒鏈對拉進行調節。臨時墩和墩旁墩頂應嚴格依據施工圖進行布置，裝配前應開展全面檢查，并辦理簽證，在其上配水平和中心線觀測[3]。

4 鋼桁梁合龍控制技術

4.1 合龍整體布置

用80 t龍門吊機將鋼梁懸臂架設到合龍口，在合龍口配置臨時墩，將懸臂端高差調節至理論位置。根據合龍口桿構件的安裝要求，調整邊跨鋼梁的位置，同時滿足溫度差合龍要求。鋼梁合龍通過邊跨墩縱向移動完成。大跨度剛構橋的施工中，合龍順序至關重要。不同的合龍順序將在橋梁結構中發生不同的撓度值、應力以及不同的預拱度。該工程中，同一節段的合龍順序為先下弦桿，后上弦桿，再斜桿，最后將橋面板合龍。

4.2 合龍施工控制

縱向（X方向）調節采取推頂鋼梁方法較靈敏，豎向（Z方向）受公路橋板架設和臨時墩起頂影響次之，橫向（Y方向）受溫度變化的影響最小。通過鎖定和釋放，來調整縱向變化；通過在合龍的懸臂端橋面架設臨時橋墩，來起頂調節縱向變化，橫向通過架設鋼梁來提前糾正誤差。合龍口兩側的29～30和31～32節間，暫不焊接橋面板，高螺栓暫不擰緊，用此法糾偏?；?0 ℃溫升計算的溫度影響下鋼桁梁伸縮量參數表見表2所示[4]。

桿構件裝配完成以后，在擇定作業時間的前后1 h內，進行主桁架桿構件合龍準備。合龍將從下弦桿開始，然后是上弦桿，最后是斜桿合龍。分步驟先合龍三根下弦桿，用千斤頂合龍鋼梁，測量精度要求很高。施工過程中，下弦桿在0.5 h內合龍，施工所用吊架和人員數量應滿足需求。通過計算，三根下弦桿沖釘數量的抗剪載承力，能夠滿足鋼梁的滑移要求。下弦桿合龍完成以后，活動端380#側和384#側的臨時約束應馬上解除。同理合龍上弦桿和斜桿，最后裝配橋面板，完成合龍施工[5]。

在合龍施工中，應隨時監控橋梁的實測標高，必須在規定范圍內嚴格控制標高，最終使橋梁的整體線型符合設計要求。案例合龍施工時，懸臂端用千斤頂頂至控制標高，再進行合龍，合龍時用全站儀開展實時監控。

5 結語

綜合以上內容，該研究結合某大橋連續鋼桁梁的施工過程，探討了大橋鋼桁梁制作、裝配及施工控制相關技術要點。

（1）從放樣及其誤差控制、桿件裝配、桿件矯正及消除殘余應力、臨時結構處理、鋼梁的吊裝與運輸等5個方面闡述了鋼桁梁裝配技術要點。

（2）從超頂控制、位移控制、梁線形控制等3個方面闡述了鋼桁梁線形控制技術要點。

（3）從合龍整體布置、合龍施工控制兩個方面闡述了鋼桁梁合龍控制技術要點。節段組裝施工質量是連續鋼桁梁整體施工質量的基礎，大橋連續鋼桁梁節段裝配誤差一旦超標，會影響合龍作業的順利實施以及工程設計線型和梁構設計應力狀態的實現，因此必須重視特大橋連續鋼桁梁的施工質量和技術控制。

參考文獻

[1]朱偉華. 大跨度鋼桁梁斜拉橋中跨合龍關鍵技術研究[D]. 長沙：長沙理工大學， 2017.

[2]王韜. 連續鋼桁梁橋施工監控與仿真分析[D]. 天津：河北工業大學， 2016.

[3]潘宏. 桿件加工安裝誤差對鋼桁梁橋性能影響研究[D]. 西安：長安大學， 2020.

[4]呂宜賓. 鋼桁梁公鐵兩用橋公路鋼橫梁受力性能研究[D]. 成都：西南交通大學， 2018.

[5]陳強， 王戰國， 張德海. 連續鋼桁梁橋施工監控技術研究[J]. 城市道橋與防洪， 2019（7）： 218-221.